EP1288323A1 - Kaltverformbarer korrosionsbeständiger Chromstahl - Google Patents

Kaltverformbarer korrosionsbeständiger Chromstahl Download PDF

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EP1288323A1
EP1288323A1 EP02019608A EP02019608A EP1288323A1 EP 1288323 A1 EP1288323 A1 EP 1288323A1 EP 02019608 A EP02019608 A EP 02019608A EP 02019608 A EP02019608 A EP 02019608A EP 1288323 A1 EP1288323 A1 EP 1288323A1
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EP
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titanium
steel
chrome
steel according
manganese
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EP02019608A
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Günter Schnabel
Thomas Wegler
Dieter Geile
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Stahlwerk Ergste Westig GmbH
Original Assignee
Stahlwerk Ergste Westig GmbH
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Filing date
Publication date
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    • C22C38/60—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing lead, selenium, tellurium, or antimony, or more than 0.04% by weight of sulfur

Definitions

  • the invention relates to a cold-deformable, corrosion-resistant Chromium steel in particular with a ferritic structure and takes priority German patent application 101 43 390.5 to which reference is made to the content.
  • Such steels are known. They have good magnetizability, such as the soft magnetic described in U.S. Patent 4,714,502 Steel with up to 0.03% carbon, 0.40 to 1.10% silicon, up to 0.50% manganese, 9.0 to 19% chromium, up to 2.5% molybdenum, up to 0.5% nickel, up to 0.5% copper, 0.02 to 0.25% titanium, 0.010 to 0.030% sulfur, to 0.03% nitrogen, 0.31 to 0.60% aluminum, 0.10 to 0.30% lead and 0.02 to 0.10% zirconium.
  • the steel is rustproof and cold formable; it is suitable as a material for Manufacture of cores for solenoid valves, electromagnetic clutches or housing of electronic injection systems for internal combustion engines.
  • Another soft magnetic stainless chrome steel with up to 0.05% carbon, up to 6% silicon, 11 to 20% chromium, up to 5% aluminum, 0.03 to 0.40% Lead, 0.001 to 0.009% calcium and 0.01 to 0.30% tellurium is from the U.S. patent 3 925 063 known and owns due to its contents Lead, calcium and tellurium have good machinability. A disadvantage of this However, steel is the use of toxic, machinability improving elements lead and tellurium.
  • the cause of the mentioned run is inhomogeneity in the structure, in particular hard excretions in the form of nests and islands Titanium carbides, carbonitrides, nitrides, manganese sulfide and heterogeneous silicon aluminum oxides. These excrements are replaced by thin micro-drills for example with diameters under 0.5 mm and slim Micro tools towards softer material zones. Such one Evasion naturally does not take place when the excretions finely dispersed or fine-grained homogeneous and distributed in the structure.
  • the invention aims a cold-formable corrosion-resistant chrome steel with improved Machinability, especially with a low tendency to build-up edges and / or to create bonds, in particular a Directional drilling, embossing and punching also possible when Tools with a small cross-section and low rigidity, for example Micro drills are used.
  • the invention proposes a steel with at least 8% chromium and at most 0.1% carbon and certain contents of manganese and / or bismuth, titanium and / or vanadium and / or niobium, as well as sulfur and copper, which in the melt lead to primary precipitates in the form of sulfocarbides of the metals titanium, vanadium and niobium of the type Me 4 C 2 S 2 , for example Ti 4 C 2 S 2 .
  • the sulfocarbides are in a fine distribution in the melt and serve as nuclei for manganese sulfide precipitates, which are then distributed evenly and finely in the melt.
  • the presence of bismuth promotes the finely dispersed and homogeneous distribution of the manganese sulfide in the steel.
  • Bismuth promotes the elimination of the titanium sulfocarbides and causes this way a finely dispersed excretion of the manganese sulfide low supersaturation of the melt.
  • the levels of machining should promote Elements titanium, vanadium, niobium on the one hand and the one for the creation carbon and sulfur responsible for sulfocarbides be coordinated in a certain way. Higher levels of manganese and sulfur to improve micro-machinability are then no longer necessary because the manganese sulfide is in larger connected agglomerates is present. At the same time, the emergence of intermetallic titanium / aluminum precipitations that impair machinability suppresses and prevents titanium and Aluminum goes into solution and so the tendency to form bonds and reinforce construction edges.
  • the nitrogen content of the steel should be as low as possible to avoid formation of primary germs from titanium carbosulfides by setting the To affect Titan as TiN.
  • the chrome steel according to the invention contains in detail 0.005 to 0.1% carbon 0.2 to 1.2% silicon 0.4 to 2.0% manganese 8 to 20% chrome 0.05 to 1.2% molybdenum 0.01 to 0.5% nickel as well as in detail side by side 0.5 to 2.0% copper 0.001 to 0.6% bismuth 0.002 to 0.10% vanadium 0.002 to 0.10% titanium 0.002 to 0.10% niobium 0.15 to 0.80% sulfur up to 0.05% aluminum up to 0.08% Nitrogen, Rest of iron.
  • the present invention contains chromium steel each within the above content limits 0.002 to 0.06% carbon 0.3 to 0.8% silicon 0.5 to 1.6% manganese 11 to 18% chrome 0.05 to 0.8% molybdenum 0.01 to 0.1% nickel 0.55 to 1.60% copper 0.002 to 0.22% bismuth 0.005 to 0.08% vanadium 0.005 to 0.08% titanium 0.005 to 0.08% niobium 0.15 to 0.65% Sulfur, Rest of iron.
  • the chrome steel according to the invention is suitable due to its good machinability as a material for the manufacture of precision devices and highly precise Micro components with low tool wear with micro bores and recesses, for example in the tenth or hundredth range of a millimeter, high surface quality and directional accuracy. For example, you can drill holes with a diameter Produce less than 1 mm in one step without running. Furthermore The steel has excellent polishability, especially when Electropolishing.
  • the chrome steel according to the invention is suitable, for example, as a material for writing tips on ballpoint pens.
  • Such nibs and the associated printheads require high corrosion resistance, Fine workability and uniformity of ink supply.
  • the writing head of a ballpoint pen in the front part from a holder for the writing ball, for example made of corundum and from several channels and holes for supplying the writing ink or paste.
  • Rear Part of the print head usually consists of a connection to a storage container, for example a metal or plastic cylinder for the writing paste or ink, which can also be under pressure.
  • the ink or paste is supplied to the ball using a pen centric fine bore channel with a diameter of less than 0.5 mm and several laterally symmetrically arranged recesses.
  • the centric Fine bore channel must be positioned so that the writing ball and the recesses arranged symmetrically to it exactly in the middle of the ball will be hit because the writing ball will only rotate is evenly wetted on all sides with ink or writing paste.
  • the nozzle blanks were then drilled centrally in an automatic drill using a hard metal drill with a diameter of 0.4 mm. When drilling, only a very small burr was created, which could be easily removed by electropolishing for twenty seconds while simultaneously rounding the edge of the hole, leaving a shiny surface.
  • the excellent quality of the nozzle surface due to the good machinability results in low wall friction and allows spinning with relatively low pressure, even with melt plastics high viscosity.
  • the blank was provided with six blind holes each with a diameter of 0.8 mm and a depth of 4.9 mm in order to produce a nozzle opening with a diameter of 85 ⁇ m in an automatic drilling machine. After cleaning in an ultrasonic bath and drying with hot air, melt holes with the specified diameter of 85 ⁇ m were made in the bottom of the blind holes using an Nd YAG laser. Such laser drilling leads to problems if the blind hole is not straight. No such problems were encountered when trying. In addition, there was no toxic metal fumes due to the absence of lead, selenium and tellurium in the test steel. The accuracy of the bore produced in this way allows further processing to straight, curved or star-shaped slots.
  • the straightness of the bores was determined for each bore diameter using a test wire whose diameter was approximately 10 ⁇ m smaller than the bore diameter and whose immersion depth E was determined as shown in FIG. 1.
  • Fig. 2 clearly shows the sudden improvement the susceptibility to burrs when testing with the steel according to the invention a ridge width of only 0.060 mm compared to a ridge width of 0.187 mm for the comparative steel according to FIG. 3.

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Abstract

Ein kaltverformbarer korrosionsbeständiger ferritischer Chromstahl mit 0,005 bis 0,1% Kohlenstoff, 0,2 bis 1,2% Silizium, 0,4 bis 2,0% Mangan, 8 bis 20% Chrom, 0,1 bis 1,2% Molybdän, 0,01 bis 0,5% Nickel, 0,5 bis 2,0% Kupfer, 0,001 bis 0,6% Wismut, 0,002 bis 0,1% Vanadium, 0,002 bis 0,1% Titan, 0,002 bis 0,1% Niob, 0,15 bis 0,8% Schwefel und 0,001 bis 0,08% Stickstoff, Rest Eisen einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen eignet sich wegen seiner guten mechanischen Bearbeitbarkeit, insbesondere seiner guten Zerspanbarkeit, seiner guten Verschleißfestigkeit und Oberflächengüte als Werkstoff für feinmechanische Anwendungen und Präzisionsgeräte, insbesondere Spinn- und Spritzdüsen, Schreibgerätespitzen und -köpfe. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen kaltverformbaren korrosionsbeständigen Chromstahl insbesondere mit ferritischem Gefüge und nimmt die Priorität der deutschen Patentanmeldung 101 43 390.5 in Anspruch, auf die inhaltlich Bezug genommen wird .
Derartige Stähle sind bekannt. Sie besitzen eine gute Magnetisierbarkeit, wie der in der US-Patentschrift 4 714 502 beschriebene weichmagnetische Stahl mit bis 0,03% Kohlenstoff, 0,40 bis 1,10% Silizium, bis 0,50% Mangan, 9,0 bis 19% Chrom, bis 2,5% Molybdän, bis 0,5% Nickel, bis 0,5% Kupfer, 0,02 bis 0,25% Titan, 0,010 bis 0,030% Schwefel, bis 0,03% Stickstoff, 0,31 bis 0,60% Aluminium, 0,10 bis 0,30% Blei und 0,02 bis 0,10% Zirkonium. Der Stahl ist rostfrei und kaltverformbar; er eignet sich als Werkstoff zum Herstellen von Kernen für Solenoid-Ventile, elektromagnetische Kupplungen oder Gehäuse elektronischer Einspritzsysteme für Brennkraftmaschinen.
Ein weiterer weichmagnetischer rostfreier Chromstahl mit bis 0,05% Kohlenstoff, bis 6% Silizium, 11 bis 20% Chrom, bis 5% Aluminium, 0,03 bis 0,40% Blei, 0,001 bis 0,009% Kalcium und 0,01 bis 0,30% Tellur ist aus der US-Patentschrift 3 925 063 bekannt und besitzt aufgrund seiner Gehalte an Blei, Kalcium und Tellur eine gute Zerspanbarkeit. Nachteilig bei diesem Stahl ist jedoch die Verwendung der toxischen, die Zerspanbarkeit verbessernden Elemente Blei und Tellur.
Die verhältnismäßig hohen Gehalte an Silizium, Aluminium und Titan führen bei diesem Stahl jedoch infolge des Entstehens harter Oxydeinschlüsse zur einem hohen Verschleiß bei der mechanischen Feinbearbeitung. Dem soll der verhältnismäßig hohe Bleigehalt von 0,03 bis 0,40% entgegenwirken. Erkauft wird dies jedoch mit einer nicht unerheblichen Umwelt- und Gesundheitsgefährdung durch das toxische Blei.
Schließlich ist aus der US-Patentschrift 5 190 722 ein weiterer kaltverformbarer rostfreier Stahl mit bis 0,02% Kohlenstoff, bis 0,5% Silizium, bis 0,5% Mangan, 10 bis 18% Chrom, 0,3 bis 1,50% Molybdän, bis 1,0% Vanadium, 0,05 bis 0,5% Titan, bis 1,0% Niob, 0,01 bis 0,2% Schwefel, bis 0,05% Stickstoff, 0,30 bis 2,0% Aluminium und 0,0005 bis 0,05% Bor bekannt. Dieser Stahl eignet sich als Werkstoff für Ventilgehäuse und Ventilkerne elektronisch gesteuerter Kraftstoffeinspritzsysteme. Die hohen Gehalte an Aluminium und Titan führen auch bei diesem Stahl im Gefüge zu harten, ungleichmäßig verteilten oxydischen Ausscheidungen mit der Folge einer Beeinträchtigung der mechanischen, insbesondere spanabhebenden Bearbeitbarkeit.
Gemeinsames Charakteristikum vieler kaltverformbarer und korrosionsbeständiger ferritischer Chromstähle ist deren schlechtes Zerspanungsverhalten aufgrund von Verklebungen im Schneidkantenbereich. Solche Verklebungen bestehen aus zumeist oxydischen Anschweißungen bzw. Ablagerungen, die an den scharfen Schneiden der Zerspanungswerkzeuge zu einem hohen Verschleiß bis zu Kantenausbrüchen führen. Diese Gefahr ist besonders groß bei miniaturisierten Präzisionsteilen und deren Mikrozerspanung. So tritt beispielsweise beim Mikrobohren im Durchmesserbereich von 0,2 bis 1 mm an den besonders scharfkantigen Bohrerschneiden ein starker Werkzeugverschleiß auf. Mit abnehmendem Bohrer- bzw. Bohrungsdurchmesser erhöht sich zudem die Gefahr eines seitlichen Verlaufens der Bohrung bzw. eines Verlustes der Geradlinigkeit der Bohrung. Außerdem entsteht normalerweise an den Kanten der Bohrung ein Grat, der um so ausgeprägter ist, je schlechter die Zerspanbarkeit ist. Ähnliche Probleme gibt es beim zerspanenden Herstellen von Nuten, Ausnehmungen, Sacklöchern und Schlitzen.
Ursache für das erwähnte Verlaufen sind Inhomogenitäten im Gefüge, insbesondere harte Ausscheidungen in Gestalt von Nestern und Inseln aus Titankarbiden, -karbonitriden, -nitriden, Mangansulfid und heterogenen Silizium-Aluminium-Oxyden. Diesen Ausscheidungen weichen dünne Mikrobohrer, beispielsweise mit Durchmessern unter 0,5 mm und schlanke Mikrowerkzeuge in Richtung weicherer Werkstoffzonen aus. Ein solches Ausweichen findet naturgemäß dann nicht statt, wenn die Ausscheidungen feindisperser bzw. feinkörnig homogen und im Gefüge verteilt sind.
Bislang ging bei den üblichen ferritischen Stählen das Bestreben dahin, deren Umformverhalten bzw. Kaltverformbarkeit mit Hilfe von Legierungselementen zu verbessern. Die sich günstig auf das Umformverhalten auswirkenden Legierungselemente bringen jedoch häufig eine Verschlechterung der Zerspanbarkeit mit sich, woraus sich das schlechte Zerspanungsverhalten ferritischer Stähle mit guter Kaltverformbarkeit erklärt. Ein Charakteristikum für eine schlechte Zerspanbarkeit ist der Verschleiß an der Werkzeugschneide. Dieser Verschleiß tritt als Abrieb, Freiflächenverschließ, Kalkverschleiß, Diffusionsverschleiß, Oxidationsverschleiß auf, oder es bilden sich Aufbauschneiden und Verklebungen insbesondere beim Zerspanen von ferritischen Stählen mit geringem Kohlenstoffgehalt.
Von diesem Stand der Technik ausgehend, zielt die Erfindung darauf ab, einen kaltverformbaren korrosionsbeständigen Chromstahl mit verbesserter Zerspanbarkeit, insbesondere mit geringer Neigung zum Entstehen von Aufbauschneiden und/oder Verklebungen zu schaffen, der insbesondere ein richtungsgenaues Bohren, Prägen und Stanzen auch dann ermöglicht, wenn Werkzeuge mit geringem Querschnitt und geringer Steifigkeit, beispielsweise Mikrobohrer zur Verwendung kommen.
Um dieses Ziel zu erreichen, schlägt die Erfindung einen Stahl mit mindestens 8% Chrom und höchstens 0,1% Kohlenstoff sowie bestimmten Gehalten an Mangan und/oder Wismut, Titan und/oder Vanadium und/oder Niob sowie Schwefel und Kupfer vor, die in der Schmelze zu Primärausscheidungen in Gestalt von Sulfokarbiden der Metalle Titan, Vanadium und Niob des Typs Me4C2S2, beispielsweise Ti4C2S2 führen. Die Sulfokarbide befinden sich in feiner Verteilung in der Schmelze und dienen als Keime für Mangansulfid-Ausscheidungen, die dann entsprechend gleichmäßig und fein in der Schmelze verteilt sind. Die Anwesenheit von Wismut fördert die feindisperse und homogene Verteilung des Mangansulfids im Stahl.
In die gleiche Richtung wirkt Kupfer, das vermutlich die Benetzbarkeit des Mangansulfids verbessert und insbesondere dessen Benetzungswinkel zur Eisen/Chrom-Matrix so verändert, daß feindisperse, kugelige, zigarrenförmige und eingeschnürte Mangansulfid-Ausscheidungen entstehen.
Wismut fördert das Ausscheiden der Titan-Sulfokarbide und bewirkt auf diese Weise ein feindisperses Ausscheiden des Mangansulfids bereits bei geringer Übersättigung der Schmelze.
Die Wirkung der die Zerspanung fördernden Legierungselemente, beispielsweise des Wismuts und des Kupfers ist synergistisch.
Um das Entstehen von Titankarbid zu unterdrücken und das Entstehen feindisperser Sulfokarbide zu fördern, sollten die Gehalte der zerspanungsfördernden Elemente Titan, Vanadium, Niob einerseits und des für das Entstehen von Sulfokarbiden verantwortlichen Kohlenstoffs und Schwefels andererseits in bestimmter Weise aufeinander abgestimmt werden. Höhere Gehalte an Mangan und Schwefel zur Verbesserung der Mikrozerspanbarkeit sind dann nicht mehr erforderlich, da das Mangansulfid in größeren zusammenhängenden Agglomeraten vorliegt. Gleichzeitig wird das Entstehen von die Zerspanbarkeit beeinträchtigenden intermetallischen Titan/Aluminium-Ausscheidungen unterdrückt und verhindert, daß Titan und Aluminium in Lösung gehen und so die Tendenz zum Entstehen von Verklebungen und Aufbauschneiden verstärken.
Der Stickstoffgehalt des Stahls sollte möglichst gering sein, um nicht die Bildung von Primärkeimen aus Titankarbosulfiden durch das Abbinden des Titans als TiN zu beeinträchtigen.
Im einzelnen enthält der erfindungsgemäße Chromstahl
0,005 bis 0,1% Kohlenstoff
0,2 bis 1,2% Silizium
0,4 bis 2,0% Mangan
8 bis 20% Chrom
0,05 bis 1,2% Molybdän
0,01 bis 0,5% Nickel
sowie im einzelnen nebeneinander
0,5 bis 2,0% Kupfer
0,001 bis 0,6% Wismut
0,002 bis 0,10% Vanadium
0,002 bis 0,10% Titan
0,002 bis 0,10% Niob
0,15 bis 0,80% Schwefel
bis 0,05% Aluminium
bis 0,08% Stickstoff,
Rest Eisen.
Vorzugsweise enthält der erfindungsgemäße jeweils für sich innerhalb der vorstehenden Gehaltsgrenzen Chromstahl
0,002 bis 0,06% Kohlenstoff
0,3 bis 0,8% Silizium
0,5 bis 1,6% Mangan
11 bis 18% Chrom
0,05 bis 0,8% Molybdän
0,01 bis 0,1% Nickel
0,55 bis 1,60% Kupfer
0,002 bis 0,22% Wismut
0,005 bis 0,08% Vanadium
0,005 bis 0,08% Titan
0,005 bis 0,08% Niob
0,15 bis 0,65% Schwefel,
Rest Eisen.
Um das Entstehen von Sulfokarbiden in feindisperser und homogener Verteilung zu fördern, sollten die Legierungselemente Titan, Vanadium und Niob oder Schwefel, Kohlenstoff und Stickstoff oder Kupfer und Mangan wie folgt aufeinander abgestimmt werden: K1 = % Ti + % V + % Nb K1 = 0,005 bis 0,15 K2 = %S 10*(%C + %N) K2 = 0,8 bis 3,8 K3 = %Cu %Cu + Mn K3 = 0,25 bis 0,85.
Der erfindungsgemäße Chromstahl eignet sich aufgrund seiner guten Zerspanbarkeit als Werkstoff zum Herstellen von Präzisionsgeräten und hochgenauen Mikrokomponenten bei geringem Werkzeugverschleiß mit Mikrobohrungen und Ausnehmungen, beispielsweise im Zehntel- oder Hundertstelbereich eines Millimeters, hoher Oberflächengüte und Richtungsgenauigkeit. So lassen sich beispielsweise Bohrungen mit einem Durchmesser unter 1 mm ohne ein Verlaufen in einem Arbeitsgang herstellen. Des weiteren besitzt der Stahl eine hervorragende Polierbarkeit, insbesondere beim Elektropolieren.
Von besonderem Vorteil ist, daß sich die bessere Zerspanbarkeit ohne höhere Gehalte an toxischen Legierungsbestandteilen wie Blei, Selen und/oder Tellur ergibt, die ganz fehlen oder deren Gesamtgehalt unter 0,05% liegt.
Der erfindungsgemäße Chromstahl eignet sich beispielsweise als Werkstoff für Schreibspitzen von Kugelschreibern. Derartige Schreibspitzen und die zugehörigen Schreibköpfe erfordern eine hohe Korrosionsbeständigkeit, Feinbearbeitbarkeit und Gleichmäßigkeit der Tintenzuführung. So besteht der Schreibkopf eines Kugelschreibers im vorderen Teil aus einer Halterung für die Schreibkugel beispielsweise aus Korund sowie aus mehreren Kanälen und Bohrungen für das Zuführen der Schreibtinte oder -paste. Der hintere Teil des Schreibkopfes besteht in der Regel aus einer Verbindung zu einem Vorratsbehälter, beispielsweise einem Metall- oder Kunststoffzylinder für die Schreibpaste oder -tinte, der auch unter Druck stehen kann. Das Zuführen der Schreibtinte oder -paste zur Schreibkugel geschieht über einen zentrischen Feinbohrungskanal mit einem Durchmesser unter 0,5 mm und mehrere seitlich symmetrisch angeordnete Ausnehmungen. Der zentrische Feinbohrungskanal muß so positioniert sein, daß die Schreibkugel und die symmetrisch dazu angeordneten Ausnehmungen genau mittig von der Kugel getroffen werden, weil die Schreibkugel nur dann bei einer Drehbewegung allseitig mit Tinte oder Schreibpaste gleichmäßig benetzt wird.
Sind diese Voraussetzungen nicht erfüllt, weil beispielsweise eine Bohrung seitlich verlaufen ist, wird die Schreibkugel nur entsprechend einseitig mit Schreibtinte oder -paste beaufschlagt. Dies führt beim Schreiben zu einer ungleichmäßigen Strichstärke und einem schlechten Schriftbild.
Eine weitere Voraussetzung für ein gleichmäßiges Zuführen von Tinte oder Schreibpaste zur Schreibkugel ist eine hohe Korrosionsbeständigkeit und Oberflächengüte, die sich an einem entsprechenden Glanz- und Reflexionsvermögen zeigt, sowie eine gute Benetzbarkeit.
Beispiel 1
Zum Herstellen von Spritzdüsen für ein Monofilament aus Kunststoff wurde ein Draht mit einem Durchmesser von 3 mm und der Zusammensetzung gemäß V1 in Tabelle 1 mit den folgenden K-Werten: K1 = 0,08 K2 = 1,94 K3 = 0,59 und einer Länge von 4,4 mm zunächst gerichtet. Sodann wurde der Draht in Scheiben geschnitten und die Scheiben wurden in einer Formpresse bei Raumtemperatur mit einem Umformgrad von ϕ = 0,45 zu Düsenrohlingen mit einer Scheibendicke von 2,8 mm geformt. Die Düsenrohlinge wurden sodann in einem Bohrautomaten mit Hilfe eines Hartmetallbohrers mit einem Durchmesser von 0,4 mm zentrisch aufgebohrt. Beim Bohren entstand nur ein sehr kleiner Grat, der sich durch ein zwanzig Sekunden dauerndes Elektropolieren bei gleichzeitigem Verrunden der Bohrungskante ohne weiteres entfernen ließ und eine glänzende Oberfläche hinterließ.
Nach einem Reinigen und Trocknen waren die Düsen ohne weiteres verwendbar.
Die infolge der guten Zerspanbarkeit ausgezeichnete Qualität der Düsenoberfläche ergibt eine geringe Wandreibung und erlaubt ein Spinnen mit verhältnismäßig geringem Forderdruck auch bei Schmelzkunststoffen mit hoher Viskosität.
Beispiel 2
In ähnlicher Weise wie gemäß Beispiel 1 wurde ein Draht aus Chromstahl mit der Zusammensetzung gemäß V6 in Tabelle I und den folgenden K-Werten: K1 = 0,13 K2 = 1,26 K3 = 0,47 zu einem Düsenrohling mit einer Scheibendicke von 5,5 mm und einem Preß-Dichtungssitz kaltgeformt. Der Rohling wurde zum Herstellen einer Düsenöffnung mit einem Durchmesser von 85 µm mit sechs Sackbohrungen jeweils mit einem Durchmesser von 0,8 mm und einer Tiefe von 4,9 mm in einem Bohrautomat versehen. Nach dem Reinigen in einem Ultraschallbad und einem Trocknen mit heißer Luft wurden im Grund der Sackbohrungen mit Hilfe eines Nd YAG-Laser Schmelzbohrungen mit dem vorgegebenen Durchmesser von 85 µm eingebracht. Ein solches Laserbohren führt zu Problemen, wenn die Sackbohrung nicht geradlinig verläuft. Bei dem Versuch traten solche Probleme nicht auf. Außerdem gab es wegen des Fehlens von Blei, Selen und Tellur in dem Versuchsstahl keine giftigen Metalldämpfe. Die Exaktheit der auf dieser Weise hergestellten Bohrung erlaubt eine Weiterbearbeitung zu geraden, gekrümmten oder auch sternförmigen Schlitzen.
Beispiel 3
Um die Zerspanbarkeit des erfindungsgemäßen Chromstahls und die Geradlinigkeit von Mikrobohrungen zu beurteilen, wurden Bohrversuche mit Hartmetallbohrern im Durchmesserbereich von 0,2 bis 1,5 mm, insbesondere mit einem Bohrerdurchmesser von 0,8 mm und einer Drehzahl von 37.000 Upm sowie einer Bohrungstiefe L von einheitlich 5 mm durchgeführt.
Die Geradlinigkeit der Bohrungen wurde für jeden Bohrungsdurchmesser mit einem Prüfdraht ermittelt, dessen Durchmesser um etwa 10 µm kleiner als der Bohrungsdurchmesser war und dessen Eintauchtiefe E entsprechend der Darstellung in Fig. 1 bestimmt wurde. Aus der Eintauchtiefe E und der Bohrungstiefe L wurde nach der Formel KR = 1 - E/L jeweils ein Krümmungsfaktor errechnet, der bei KR = 0 eine absolut gerade bzw. verlauffreie Bohrung kennzeichnet.
Die Analysen der erfindungsgemäßen Versuchsstähle V1 bis V6 sowie von Vergleichsstählen V7 bis V12 und die Meßergebnisse sind in den nachfolgenden Tabellen I und II zusammengestellt.
Figure 00110001
Figure 00120001
Beispiel 3
Beim Herstellen von Mikrobohrungen mit Durchmessern unter 1 mm ist die Ausbildung des Spans für den Bohrerverschleiß und für die Qualität der Bohrung von besonderer Bedeutung. Eine unzureichende Spanbildung und die Eignung eines Werkstoffs zum Herstellen von Mikrobohrungen läßt sich in einfacher Weise aus der Höhe bzw. Breite eines Bohrgrats ableiten. Ein breiter Bohrgrat ist ein Anzeichen für eine schlechte Zerspanbarkeit, weil es dann zu einem Herausquetschen des Werkstoffs aus der Bohrung und zum Entstehen eines Grats am Rand bzw. der Kante der Bohrung kommt.
Bei einer Reihe von Versuchen wurde jeweils die Breite der Grate mit Hilfe eines Mikroskops unter einem Winkel von 20 bis 30 Grad ausgemessen. In der obigen Tabelle II sind die Gratbreite GB in Abhängigkeit von den K-Faktoren zusammengestellt, während die Fig. 2 und 3 elektronenmikroskopische Aufnahmen von Mikrobohrungen mit unterschiedlich breiten Bohrgraten BG wiedergeben. Fig. 2 zeigt deutlich die sprunghafte Verbesserung der Gratanfälligkeit bei dem Versuch mit dem erfindungsgemäßen Stahl mit einer Gratbreite von nur 0,060 mm im Vergleich zu einer Gratbreite von 0,187 mm bei dem Vergleichsstahl gemäß Fig. 3.

Claims (6)

  1. Chromstahl mit 0,005 bis 0,1% Kohlenstoff 0,2 bis 1,2% Silizium 0,4 bis 2,0% Mangan 0,05 bis 1,2% Molybdän 0,01 bis 0,5% Nickel
    sowie einzeln oder nebeneinander 0,5 bis 2,0% Kupfer 0,001 bis 0,6% Wismut 0,002 bis 0,10% Vanadium 0,002 bis 0,10% Titan 0,002 bis 0,10% Niob 0,15 bis 0,80% Schwefel bis 0,05% Aluminium bis 0,08% Stickstoff, Rest Eisen.
  2. Chromstahl nach Anspruch 1 mit 0,002 bis 0,06% Kohlenstoff 0,3 bis 0,8% Silizium 0,5 bis 1,6% Mangan 11 bis 18% Chrom 0,05 bis 0,8% Molybdän 0,01 bis 0,1% Nickel
    sowie einzeln oder nebeneinander 0,55 bis 1,60% Kupfer 0,002 bis 0,22% Wismut 0,005 bis 0,08% Vanadium 0,005 bis 0,08% Titan 0,005 bis 0,08% Niob 0,15 bis 0,65% Schwefel, Rest Eisen.
  3. Chromstahl nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß er mindestens einer der drei folgenden Bedingungen genügt: K1 = % Ti + % V + % Nb K1 = 0,005 bis 0,15 K2 = %S 10*(%C + %N) K2 = 0,8 bis 3,8 K3 = %Cu %Cu + Mn K3 = 0,25 bis 0,85.
  4. Verwendung eines Stahls nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zum Herstellen von Gegenständen durch spanende Bearbeitung.
  5. Verwendung eines Stahls nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zum Herstellen von Gegenständen durch Mikrozerspanen.
  6. Verwendung eines Stahls nach einem der Ansprüche 1 bis 3 als Werkstoff zum Herstellen von Präzisionsgeräten, Mikrokomponenten, Schreibminenspitzen und -köpfen, Druckerdüsen, Dosiereinrichtungen und elektronischen Komponenten mit Öffnungen und Ausnehmungen kleinster Abmessungen.
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